1.3. Încercarea la funcţionarea în gol a transformatorului

Încercarea la funcţionarea în gol are ca scop determinarea valorilor curentului de mers în gol I₀, puterii P₀ şi factorului de putere cos₀. Pentru a determina aceste mărimi se ridică caracteristicile de funcţionare în gol, care reprezintă dependenţele P₀, I₀, cos₀=f(U₀). Pentru această încercare se determină raportul de transformare k şi parametrii schemei echivalente la mersul în gol Z₀, x₀, r₀. Pentru efectuarea încercării se asamblează schema indicată în fig.1.9, pentru un transformator monofazat.

L

Fig.1.9. Schema încercării la mers

în gol.

uând în consideraţie că curentul la mersul în gol nu este sinusoidal, pentru efectuarea măsurilor se utilizează aparate de măsurat electrodinamice. La încercarea funcţionării în gol, pe la bornele înfăşurării primare este aplicată o tensiune sinusoidală care este reglată în limita

Fig.1.10. Caracteristicile transformatorului la mers în gol.

(0,2-1,1)U_n1, înfăşurarea secundară fiind deconectată (I₂=0). Se măsoară curentul I₀, puterea P₀, tensiunea U₁₀ şi se calculează factorul de putere cos₀. Folosind datele înregistrate, se construiesc caracteristicile funcţionării în gol (fig.10).

Graficele caracteristicilor sunt neliniare, dat fiind că transformatorul în regim de funcţionare în gol reprezintă un sistem neliniar. Pe măsură ce tensiunea creşte, curentul I₀ creşte şi respectiv I₀w₁, care produce fluxul magnetic . La început dependenţa dintre curent şi tensiune este proporţională, deoarece miezul nu este saturat. În continuare saturaţia miezului magnetic conduce la o dependenţă neliniară între mărimile indicate. Puterea P₀ este proporţională cu pătratul tensiunii U₀ şi de aceea graficul dependenţei se apropie de parabolă.

Factorul de putere cos₀ se micşorează treptat la creşterea tensiunii, deoarece saturaţia miezului magnetic contribuie la majorarea puterii reactive absorbite din reţea.

Raportul de transformare este determinat din expresia

unde U_n1 corespunde valorii nominale aplicate la bornele înfăşurării primare când secundarul este deconectat.

Pentru transformatorul trifazat sunt măsurate cele trei tensiuni liniare primare U_A1, U_B1, U_C1, şi determinată media

(1-1)

Acelaşi lucru este efectuat şi pentru secundar

(1-2)

Raportul de transformare pentru transformatorul trifazat

(1-3)

Folosind de datele înregistrate, se calculează parametrii transformatorului monofazat

; (1-4)

; (1-5)

; (1-6)

şi factorul de putere

(1-7)

unde

.

Pentru transformatorul trifazat la conexiunea în stea avem:

; ; (1-8)

iar pentru triunghi

; ; (1-9)

F actorul de putere la funcţionarea în gol a transformatorului trifazat este:

(1-10)

Pentru calculul parametrilor, în acest regim, se foloseşte schema echivalentă (fig.1.11), care conţine două impedanţe legate în serie Z₁ şi Z_m.

1.4. Funcţionarea şi încercarea în scurtcircuit a transformatorului

Se consideră un transformator care funcţionează în regim de sarcină cu tensiunea aplicată în primar U₁=U_n1. Dacă bornele secundarului sunt scurtcircuitate, atunci curentul de scurtcircuit, numit de şoc, depăşeşte valoarea nominală de 15-20 ori, iar cea a curentului de funcţionare în gol de 500-600 ori. Acest regim se numeşte de scurtcircuit avariat. Dacă aparatajul de protecţie al transformatorului în timp de o secundă nu-l deconectează de la reţea, atunci transformatorul iese din funcţie. La ieşirea din funcţiune contribuie mai întâi forţele electromagnetice de interacţiune dintre înfăşurări, care cresc aproximativ de 400 de ori, apoi procesele termice intense provocate de curenţii mari. Acest regim de avarie deseori se întâlneşte în exploatarea transformatoarelor. Pentru protejarea transformatoarelor de scurtcircuit se prevăd diverse aparataje de protecţie, care asigură funcţionarea normală a transformatoarelor, fără a întrerupe alimentarea consumatorilor cu energie electrică.

Încercarea transformatorului în regim de scurtcircuit poate fi realizată fără ca transformatorul să fie supus unor pericole. Pentru aceasta la bornele primarului se aplică o tensiune U_sc de aşa valoare ca curenţii din primar şi secundar să fie nominali (I₁=I_n1, I₂=I_n2), când bornele secundarului sunt scurtcircuitate.

Această valoare de tensiune U_sc este numită de scurtcircuit şi se exprimă în raport cu tensiunea nominală în procente

(1-11)

Valoarea U_sc% constituie 4-15 % din tensiunea nominală a primarului la transformatoarele de putere. Din considerentele expuse rezultă că curentul de mers în gol I₀ este mult mai mic în raport cu curentul în scurtcircuit, deci putem accepta cu exactitate suficientă că:

Prin însumarea termen cu termen a ecuaţiilor:

(1-12)

(1-13)

şi prin substituirea valorii lui cu I₁ obţinem:

(1-14)

sau (1-15)

unde iar (1-16)

r_sc este rezistenţa de scurtcircuit, x_sc – reactanţei de scurtcircuit.

Prin urmare, ecuaţia se scrie astfel:

(1-17)